LEGEA ACȚIUNII ÎN MASĂ
Să luăm în considerare o reacție generală de feedback
Studiile experimentale arată că următoarea relație este îndeplinită în starea de echilibru:
(parantezele pătrate indică concentrația). Raportul de mai sus este o expresie matematică a legii acțiunii masei sau a legii echilibrului chimic, conform căreia, într-o stare de echilibru chimic la o anumită temperatură, produsul concentrațiilor produselor de reacție în puteri, indicatori
care sunt egali cu coeficienții corespunzători din ecuația stoechiometrică a reacției, împărțiți la un produs similar al concentrațiilor reactanților în puterile corespunzătoare, este o valoare constantă. Această constantă se numește constantă de echilibru. Exprimarea constantei de echilibru în termeni de concentrații de produse și reactanți este tipică pentru reacțiile în soluții.
Rețineți că partea dreaptă a expresiei pentru constanta de echilibru conține doar concentrațiile de substanțe dizolvate. Nu ar trebui să includă termeni referitori la solidele pure, lichidele pure, solvenții care participă la reacție, deoarece acești termeni sunt constanți.
Pentru reacțiile care implică gaze, constanta de echilibru este exprimată în termeni de presiuni parțiale ale gazelor, și nu în termeni de concentrații ale acestora. În acest caz, constanta de echilibru este notată cu simbolul .
Concentrația unui gaz poate fi exprimată în termeni de presiune folosind ecuația de stare a gazului ideal (a se vedea secțiunea 3.1):
Din această ecuație rezultă
unde este concentrația gazului, care poate fi notat ca [gaz]. Deoarece este o valoare constantă, putem scrie că la o temperatură dată
Să exprimăm constanta de echilibru pentru reacția dintre hidrogen și iod în termeni de presiuni parțialeaceste gaze.
Ecuația pentru această reacție are forma
Prin urmare, constanta de echilibru a acestei reacții este dată de
Să acordăm atenție faptului că concentrațiile sau presiunile parțiale ale produselor, adică substanțele indicate în partea dreaptă a ecuației chimice, formează întotdeauna un numărător, iar concentrațiile sau presiunile parțiale ale reactivilor, adică substanțele. indicat în partea stângă a ecuației chimice, formează întotdeauna numitorul expresiei pentru constanta de echilibru.
Unități pentru constanta de echilibru
Constanta de echilibru se poate dovedi a fi o mărime dimensională sau adimensională, în funcție de tipul expresiei sale matematice. În exemplul de mai sus, constanta de echilibru este adimensională deoarece numărătorul și numitorul fracției au aceleași dimensiuni. În caz contrar, constanta de echilibru are o dimensiune exprimată în unități de concentrație sau presiune.
Care este dimensiunea constantei de echilibru pentru următoarea reacție?
Constanta de echilibru a acestei reacții este determinată de expresie
Prin urmare, are dimensiunea (mol-dm-3)
Deci, dimensiunea constantei de echilibru considerate sau dm3/mol.
Care este dimensiunea constantei de echilibru pentru următoarea reacție?
Constanta de echilibru a acestei reacții este determinată de expresie
Prin urmare, are dimensiunea
Deci, dimensiunea acestei constante de echilibru: atm sau Pa.
Echilibre eterogene
Până acum, am dat exemple doar de echilibre omogene. De exemplu, în reacția de sinteză de iodură de hidrogen, atât produsul, cât și ambii reactanți sunt în stare gazoasă.
La fel deexemplu de reacție care duce la un echilibru eterogen, luați în considerare disocierea termică a carbonatului de calciu
Constanta de echilibru a acestei reacții este dată de
Rețineți că această expresie nu include niciun termen care se referă la cele două solide implicate în reacție. În exemplul prezentat, constanta de echilibru este presiunea de disociere a carbonatului de calciu. Arată că, dacă carbonatul de calciu este încălzit într-un vas închis, atunci presiunea sa de disociere la o temperatură fixă nu depinde de cantitatea de carbonat de calciu. În secțiunea următoare, vom afla cum se modifică constanta de echilibru cu temperatura. În exemplul luat în considerare, presiunea de disociere depășește 1 atm numai la o temperatură mai mare.De aceea, pentru ca dioxidul
carbonul ar putea fi eliberat în atmosferă, este necesar să se încălzească carbonatul de calciu la temperatura specificată.
Sarea hidratează
Disocierea termică a unor astfel de săruri hidratate duce la formarea succesivă a hidraților inferiori și a sărurilor anhidre. La fiecare etapă se stabilește o anumită presiune a vaporilor de apă deasupra fazei solide. Constanta de echilibru pentru fiecare etapă a acestei disocieri este dată de
unde x este numărul de moli de vapori de apă formați în timpul disocierii hidratului. De exemplu, sulfatul pentahidrat se disociază în trei etape:
În prima etapă, se formează o așa-numită pereche de hidratare. Perechea de hidratare din a doua etapă sunt